32億年前的細菌

sabrina

細菌--最古老的生命目名稱 　　　



　　發現在非洲南部的單獨曙細菌化石是迄今為止科學家發現的最古老的細菌化石，也是所有古生物化石中最古老的代表。單獨曙細菌是一種原核生物，年代測定表明的生活時代為距今32億年前。由于類似于單獨曙細菌這樣的地球上的最早的生物類型都是結構很原始的單細胞生物，即使形成化石也非常輕散、脆弱、易碎，因此長期以來，科學家一直沒有發現這些原始生命的其它可靠的化石。




　　后來，一些科學家在對水成岩中的風化型條帶狀富鐵礦的成因進行分析時，竟然發現這種富鐵礦是由一種生活在遠古的微生物--鐵細菌形成的﹔而且，形成這些富鐵礦的那些鐵細菌生存的年代最早也可以上溯到32億年前。




　　鐵細菌具有一般細菌的共同特征，都是直徑只有几微米到几十微米的單細胞生物，而且是細胞內沒有形成細胞核的原核生物，只有在放大成千倍的顯微鏡下才能發現它們。有些鐵細菌細胞為橢圓形或杆形，相互聯系起來形成相當長的線體，有的單個鐵細菌就是一條細而長的線體﹔有些鐵細菌呈球形、弧線形或杆形帶柄或分枝的形態﹔有的鐵細菌形成小瘤狀、帶狀或螺旋狀。這些鐵細菌外面都包裹著一層薄薄的“鐵甲”──皮鞘。




　　鐵細菌在生活過程中，攝取鐵質和硅酸等無機物。在沼澤和湖泊中，鐵元素通常以可溶性的氫氧化亞鐵的形式存在，被鐵細菌懾入后，在菌體內經過 的催化作用，把它氧化成不溶性的三氧化二鐵。




　　這些不溶性的鐵化物和硅化物等無機物被鐵細菌分泌到體外，就形成了以鐵為主要成分的皮鞘。十分有趣的是，鐵細菌的皮鞘往往比其身體大几倍或几十倍。鐵細菌可以在皮鞘中前后移動，有時還可以伸出鞘外，重建新的皮鞘，而脫落的皮鞘就在水中沉澱下來，聚集成鐵礦。你可能不會想象到，這種生活在億萬前年的鐵細菌，竟是通過這樣的生活方式，成了造鐵的“能工巧匠”，為今天的人類提供了極為丰富的鐵礦資源。




　　在美國、加拿大、蘇聯、澳大利亞、印度和非洲南部前寒武紀距今18億年到32億年前的沉積岩中，科學家都發現了條帶狀的鐵礦層，其中普遍含有鐵細菌化石。如果將岩石或礦石磨成薄片，在高倍率的生物顯微鏡或電子顯微鏡下觀察，就可以看到鐵細菌化石。




　　由于對遠古時代的鐵細菌化石的研究還不夠，現在僅發現十多種。它們和現代的鐵細菌有些相似，但又有所不同。其中有的種已經絕滅。當然，那時候的種絕不等于現代的種，例如，線狀古鐵細菌與現代線狀鐵細菌很相像，它們都有皮鞘，但是古代的比現代的大得多。




　　鐵細菌大多是好氧微生物，但又需氧不多。科學家推測，32-34億年前的地球大氣具有高度的還原性。那時，大氣中几乎沒有氧氣存在，僅有二氧化碳、甲烷和氫氣。到了32-31億年前，藍細菌出現了。在其后直到27億年前的歲月里，這些藍細菌攝取原始的還原性大氣中的二氧化碳，通過葉綠素進行光合作用，產生出游離的氧氣并釋放到大氣中，使大氣中的氧氣含量逐漸增加，這就為好氧的鐵細菌提供了良好的生活條件，從而保障了它們能夠不斷地攝取水中的氫氧化亞鐵并把之氧化成不溶于水的三氧化二鐵沉積到水底。



　　可見，今天常常引起人們恐慌和誤解的細菌，它們遙遠的祖先不僅奠定了整個生物界在以后的歲月里進化發展的生物學基礎，而且其中的一些分子還為發展到今天的智慧生物--人類的進步積累了不可或缺的礦物資源。

sabrina

古細菌、真細菌和真核生物
　　　　



　　前面我們已經談到，迄今為止科學家發現的最早的古生物化石是32億年前的細菌化石。實際上，這些最早的原核細胞生物，即原始的細菌類在地層中留下許多的活動痕跡。在非洲、澳大利亞和加拿大等地都發現了一些稱為疊層石的岩石層，其中含有遠古的原核細胞生物活動的痕跡。從這些岩層的地質年齡推算，最早的原核細胞生物在35億年前就已經出現，其后種類越來越多。



　　在最早的原核細胞生物分化過程中，最重要的是古細菌與真細菌的分化。




　　在現代生物中，由于細菌類都是最簡單的無核單細胞生物，因此人們一般都認為它們是低級、原始的生物。其實，它們都是已經進化了几十億年的現代生物了。對不同種類現代細菌的分子進化研究發現，在一類能夠利用二氧化碳和氫氣產生甲烷的厭氧細菌以及生長在極濃的鹽水中的鹽細菌、可以在自然的煤堆里生長的嗜熱細菌、在硫磺溫泉中或是海底火山區生長的嗜硫細菌等類群中，核糖體RNA（rRNA）的分子序列與一般細菌的rRNA分子序列十分不同，其相差程度比一般細菌rRNA分子序列與真核生物（細胞中含有細胞核的生物）的rRNA分子序列的差異還要大。據此，科學家認為這些“不一般”的細菌應該代表一個即不同于一般細菌也不同于真核生物的生物類群，因此把它們稱為古細菌（或古核生物），而把一般的細菌稱為真細菌（或原核生物）。




　　由于現代的古細菌的生活環境相對來說比較接近原始地球的環境，因此可以認為它們是地球上最原始的生物的比較直接的后代﹔換言之，地球上最初的原核細胞生物可能是古核生物而不是原核生物。




　　進一步研究發現，古細菌的其它一系列分子生物學特性都與真核生物有不少相似之處﹔而真細菌卻在很多其它的分子生物學和細胞生物學性狀上與古細菌相差甚遠，它們擁有不少進化或是特化的性狀。因此，真核生物的祖先應該是遠古的古核生物而不是原始的原核生物。




　　至于真核生物或是真核細胞的起源，則是由于某種原核生物在某種古核生物細胞內形成了內共生關系的結果。





　　由于迄今所知最古老的真核生物化石已有近21億年的歷史，許多科學家推測，最早的真核生物可能早在30億年前就出現了。真核細胞的直接祖先很可能是一種巨大的具有吞噬能力的古核生物，它們靠吞噬糖類并將其分解來獲得其生命活動所需的能量。當時的生態系統中存在著另一種需氧的真細菌，它們能夠更好地利用糖類，將其分解得更加徹底以產生更多的能量。



在生命演化過程中，這種古核生物將這種原核生物作為食物吞噬進體內，但是卻沒有將其消化分解掉，而是與之建立起了一種互惠的共生關系：古核細胞為細胞內的真細菌提供保護和較好的生存環境，并供給真細菌未完全分解的糖類，而真細菌由于可以輕易地得到這些營養物質，從而產生更多的能量，并可以供給宿主利用﹔因此，這種細胞內共生關系對雙方都有益處，因此雙方在進化中就建立起了一種逐步固定的關系。



在古核細胞內共生的真細菌由于所處的環境與其獨立生存時不同，因此很多原來的結構和功能變得不再必要而逐漸退化消失殆盡﹔結果，細胞內共生的真細菌越來越特化，最終演化為古核細胞內專門進行能量代謝的細胞器官──線粒體。同時，一方面原來的古核細胞的能量代謝越來越依賴于內共生的真細菌的存在，另一方面為了避免自身的一些細胞內結構、尤其是遺傳物質被侵入的真細菌“吃掉”，它們也產生了一系列應激性的變化。



首先是細胞膜大量內陷形成了原始的內質網膜系統，限制了線粒體前身真細菌的活動﹔而后，原始的內質網膜系統中的一部分進一步轉化，將細胞的遺傳物質包在一起形成了細胞核，這一部分內質網就轉化成了核膜。從此，一種更加進步的生命型式誕生了，這就是真核細胞，也就是最初的真核原生生物。




　　細胞核的產生使真核細胞的細胞核和細胞質相對分離，遺傳信息的轉錄與翻譯分別在核內和細胞質中進行，因此提供了一種有利于基因組向更加復雜化和多功能化發展的環境。




　　就在原始的真核細胞通過線粒體內共生的方式從古核生物中起源的同時，一部分這樣的古核生物在吞噬線粒體前身真細菌的同時，還吞噬了某種原始的藍細菌。這些藍細菌也通過類似的內共生過程成為這些古核生物細胞內的一種細胞器，行使光和自養功能。這樣，吞噬了原始藍細菌的古核生物最終進化成最初的真核原生植物，而內共生的藍細菌則演變成葉綠體。




　　從生態學的角度來看，線粒體和葉綠體的內共生過程實際上都是某種真細菌在進化過程中將將原來在生態系統中占據的生態龕固定在了另外一些古核生物細胞內部，將這種古核生物本身當作了一個專享的固定的生態龕，從而產生了一種結構更加復雜的新系統，并且附加了新性質──原來的古核生物和真細菌功能互補，不可分割，共同進化，最后成為一個統一的新型生命類群。本館館主龍子因此將真核細胞的起源的這種內共生模式用生態學的觀點定義為“固龕整合效應”。

hd880814

哈哈 谢谢分享，又学习了~~